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运放电路
3脚高于2脚时,1脚输出高电平,二极管截止,10UF电容通过10K电阻缓慢充电;
3脚低于2脚时,1脚输出低电平,二极管导通,电容通过二极管放电,1脚下降到3脚电位。
图中精密全波整流电路的名称,纯属本人命的名,只是为了区分;除非特殊说明,增益均按1设计.
图1是最经典的电路,优点是可以在电阻R5上并联滤波电容.电阻匹配关系为R1=R2,R4=R5=2R3;可以通过更改R5来调节增益
图2优点是匹配电阻少,只要求R1=R2
图3的优点是输入高阻抗,匹配电阻要求R1=R2,R4=2R3
图4的匹配电阻全部相等,还可以通过改变电阻R1来改变增益.缺点是在输入信号的负半周,A1的负反馈由两路构成,其中一路是R5,另一路是由运放A2复合构成,也有复合运放的缺点.
图5和图6要求R1=2R2=2R3,增益为1/2,缺点是:
当输入信号正半周时,输出阻抗比较高,可以在输出增加增益为2的同相放大器隔离.另外一个缺点是正半周和负半周的输入阻抗不相等,要求输入信号的内阻忽略不计
图7正半周,D2通,增益=1+(R2+R3)/R1;负半周增益=-R3/R2;要求正负半周增益的绝对值相等,例如增益取2,可以选R1=30K,R2=10K,R3=20K
图8的电阻匹配关系为R1=R2
图9要求R1=R2,R4可以用来调节增益,增益等于1+R4/R2;如果R4=0,增益等于1;缺点是正负半波的输入阻抗不相等,要求输入信号的内阻要小,否则输出波形不对称.
图10是利用单电源运放的跟随器的特性设计的,单电源的跟随器,当输入信号大于0时,输出为跟随器;当输入信号小于0的时候,输出为0.使用时要小心单电源运放在信号很小时的非线性.而且,单电源跟随器在负信号输入时也有非线性.
图7,8,9三种电路,当运放A1输出为正时,A1的负反馈是通过二极管D2和运放A2构成的复合放大器构成的,由于两个运放的复合(乘积)作用,可能环路的增益太高,容易产生振荡.
精密全波电路还有一些没有录入,比如高阻抗型还有一种把A2的同相输入端接到A1的反相输入端的,其实和这个高阻抗型的原理一样,就没有专门收录,其它采用A1的输出只接一个二极管的也没有收录,因为在这个二极管截止时,A1处于开环状态.
结论:
虽然这里的精密全波电路达十种,仔细分析,发现优秀的并不多,确切的说只有3种,就是前面的3种.
图1的经典电路虽然匹配电阻多,但是完全可以用6个等值电阻R实现,其中电阻R3可以用两个R并联.可以通过R5调节增益,增益可以大于1,也可以小于1.最具有优势的是可以在R5上并电容滤波.
图2的电路的优势是匹配电阻少,只要一对匹配电阻就可以了.
图3的优势在于高输入阻抗.
其它几种,有的在D2导通的半周内,通过A2的复合实现A1的负反馈,对有些运放会出现自激.有的两个半波的输入阻抗不相等,对信号源要求较高.
两个单运放型虽然可以实现整流的目的,但是输入\输出特性都很差.需要输入\输出都加跟随器或同相放大器隔离.
各个电路都有其设计特色,希望我们能从其电路的巧妙设计中,吸取有用的.例如单电源全波电路的设计,复合反馈电路的设计,都是很有用的设计思想和方法,如果能把各个图的电路原理分析并且推导每个公式,会有受益的.
1N4148接3.3V、和接GND,是保护MCU的IO口的,防止输入电压超出范围,烧坏MCU。
正常情况1N148不通。
单个运放块产生三角波
下左电路,当电容充放电曲线的斜率1v/RC,等于运放块压摆率,即1/RC=SR,或RC=1/SR,那么,电容充电曲线与运放块输出波形上升沿以相同斜率同步上升至Vcc*Rb/(Ra+Rb)拐点电位,运放块翻转,然后电容放电曲线与运放块输出波形下降沿同步降至-Vcc*Rb/(Ra+Rb)最低点电位,再翻转。
如此反复,则输出三角波。
以LM324运放块为例,SR=1e+6v/s,则RC=1/SR=1/1e+6=1e-6s,如果R=2e+3,则电容C=1e-6/2e+3=0.5e-9=0.5nf。
这是电路产生三角波的最低频率,实际电路取值Ra=10%Rb,测得输出三角波参数T38.8us/F25.8KHz(黑线);当Ra=Rb,输出三角波参数T7.3us/F137KHz(红线);如果对波形要求不高,可以再提高Ra/Rb比值,频率会相应提高。
运放块电源电压改变,Ra/Rb的取值稍有不同。
选择运放块BG参数与SR数量级相当。
右图电路电阻比值Ra/Rb改为Rb/Ra计算选值,效果跟左图一样。
Uo用施密特连接,就可以同时输出矩形波。
有Vos才能起振,实际上运放块都有输入失调电压。
SR=2×pi×f×Vpk 我需要计算这几个参数然后和DATASHEET里摆率参数去比较
压摆率也称转换速率。
压摆率的意思就是运算放大器输出电压的转换速率,单位有通常有V/s,V/ms和V/μs三种,它反映的是一个运算放大器在速度方面的指标。
一般来说,压摆率高的运放,其工作电流也越大,亦即耗电也大的意思。
但压摆率却是高速运放的重要指标。
比如说SGM721的压摆率为8.5V/μs压摆率在英文里是slewrate,简写为SR。
压摆率也称转换速率。
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压摆率的意思就是运算放大器输出电压的转换速率,单位有通常有V/s,V/ms和V/μs三种,它反映的是一个运算放大器在速度方面的指标,表示运放对信号变化速度的适应能力,是衡量运放在大幅度信号作用时工作速度的参数。
当输入信号变化斜率的绝对值小于SR时,输出电压才按线性规律变化。
信号幅值越大、频率越高,要求运放的SR也越大。
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一般来说,压摆率高的运放,其工作电流也越大,亦即耗电也大的意思。
但压摆率却是高速运放的重要指标。
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比如说OP07的压摆率为0.3V/μs即1μs时间内电压从0V上升到0.3V,而OPA637(G=-1,10Vstep)SR=135V/μs,明显比OP07快。
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处理交流信号的话,增益带宽积(GBP)和转换速率(SR)是主要考虑的指标。
处理直流或低频信号的话,就要主要考虑失调电压和失调电流。
什么是增益带宽积?
英文:
GainBandwidthProduct。
缩写:
GBP。
这是用来简单衡量放大器的性能的一个参数。
就像它的名字一样,这个参数表示增益和带宽的乘积。
按照放大器的定义,这个乘积是一定的。
举例说明:
一个放大器的GBP号称为1G。
如果它的增益为+2V/V。
那么带宽=1G÷2=500M。
如果它的增益为+4V/V,那么带宽=1G÷4=250M。
以此类推。
总之,增益和带宽之间满足这个简单的乘积关系。
所以像某些运放,制造厂商宣称的GBP很高,如3.9G。
可是它的条件是G(增益)=+20V/V。
其实算下来,带宽也很有限了。
集成运放的参数较多,其中主要参数分为直流指标和交流指标,外加所有芯片都有极限参数。
本文以NE5532为例,分别对各指标作简单解释。
下面内容除了图片从NE5532数据手册上截取,其它内容都整理自网络。
极限参数
主要用于确定运放电源供电的设计(提供多少V电压、最大电流不能超过多少),NE5532的极限参数如下:
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直流指标
运放主要直流指标有输入失调电压、输入失调电压的温度漂移(简称输入失调电压温漂)、输入偏置电流、输入失调电流、输入偏置电流的温度漂移(简称输入失调电流温漂)、差模开环直流电压增益、共模抑制比、电源电压抑制比、输出峰-峰值电压、最大共模输入电压、最大差模输入电压。
NE5532的直流指标如下:
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输入失调电压Vos:
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输入失调电压定义为集成运放输出端电压为零时,两个输入端之间所加的补偿电压。
输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性,对称性越好,输入失调电压越小。
输入失调电压是运放的一个十分重要的指标,特别是精密运放或是用于直流放大时。
输入失调电压与制造工艺有一定关系,其中双极型工艺(即上述的标准硅工艺)的输入失调电压在±1~10mV之间;采用场效应管做输入级的,输入失调电压会更大一些。
对于精密运放,输入失调电压一般在1mV以下。
输入失调电压越小,直流放大时中间零点偏移越小,越容易处理。
所以对于精密运放是一个极为重要的指标。
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输入失调电压的温度漂移(简称输入失调电压温漂)ΔVos/ΔT:
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输入失调电压的温度漂移定义为在给定的温度范围内,输入失调电压的变化与温度变化的比值。
这个参数实际是输入失调电压的补充,便于计算在给定的工作范围内,放大电路由于温度变化造成的漂移大小。
一般运放的输入失调电压温漂在±10~20μV/℃之间,精密运放的输入失调电压温漂小于±1μV/℃。
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输入偏置电流Ios:
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输入偏置电流定义为当运放的输出直流电压为零时,其两输入端的偏置电流平均值。
输入偏置电流对进行高阻信号放大、积分电路等对输入阻抗有要求的地方有较大的影响。
输入偏置电流与制造工艺有一定关系,其中双极型工艺(即上述的标准硅工艺)的输入偏置电流在±10nA~1μA之间;采用场效应管做输入级的,输入偏置电流一般低于1nA。
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输入失调电流的温度漂移(简称输入失调电流温漂)ΔIos/ΔT:
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最大共模输入电压Vcm:
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最大共模输入电压定义为,当运放工作于线性区时,在运放的共模抑制比特性显著变坏时的共模输入电压。
一般定义为当共模抑制比下降6dB是所对应的共模输入电压作为最大共模输入电压。
最大共模输入电压限制了输入信号中的最大共模输入电压范围,在有干扰的情况下,需要在电路设计中注意这个问题。
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共模抑制比CMRR:
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共模抑制比定义为当运放工作于线性区时,运放差模增益与共模增益的比值。
共模抑制比是一个极为重要的指标,它能够抑制差模输入中的共模干扰信号。
由于共模抑制比很大,大多数运放的共模抑制比一般在数万倍或更多,用数值直接表示不方便比较,所以一般采用分贝方式记录和比较。
一般运放的共模抑制比在80~120dB之间。
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电源电压抑制比PSRR:
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电源电压抑制比定义为当运放工作于线性区时,运放输入失调电压随电源电压的变化比值。
电源电压抑制比反映了电源变化对运放输出的影响。
对于电源电压抑制比低的运放,运放的电源需要作认真细致的处理,否则电源的纹波会引入到输出端。
当然,共模抑制比高的运放,能够补偿一部分电源电压抑制比,另外在使用双电源供电时,正负电源的电源电压抑制比可能不相同。
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输出峰-峰值电压Vout:
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输出峰-峰值电压定义为,当运放工作于线性区时,在指定的负载下,运放在当前大电源电压供电时,运放能够输出的最大电压幅度。
除低压运放外,一般运放的输出输出峰-峰值电压大于±10V。
一般运放的输出峰-峰值电压不能达到电源电压,这是由于输出级设计造成的,现代部分低压运放的输出级做了特殊处理,使得在10k?
负载时,输出峰-峰值电压接近到电源电压的50mV以内,所以称为满幅输出运放,又称为轨到轨(raid-to-raid)运放。
需要注意的是,运放的输出峰-峰值电压与负载有关,负载不同,输出峰-峰值电压也不同;运放的正负输出电压摆幅不一定相同。
对于实际应用,输出峰-峰值电压越接近电源电压越好,这样可以简化电源设计。
但是现在的满幅输出运放只能工作在低压,而且成本较高。
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输入阻抗Rin:
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输入阻抗反映输入对运放性能的影响,选择运放时输入阻抗越大越好。
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交流指标
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运放主要交流指标有开环带宽、单位增益带宽、转换速率SR、全功率带宽、建立时间、等效输入噪声电压、差模输入阻抗、共模输入阻抗、输出阻抗。
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交流指标中有许多很重要的参数,尤其单位增
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